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電阻應變式傳感器
閱讀�26489時間�2011-05-12 22:45:57

  電阻應變�傳感�(straingauge type transducer )以電阻應變計為轉換元件�電阻式傳感器。電阻應變式傳感器中�電阻應變�具有金屬的應變效應,即在外力作用下產(chǎn)生機械形�,從而使電阻值隨之發(fā)生相應的變化�

工作原理

  電阻應變式傳感器工作原理是基于電阻應變效應原理。用金屬電阻絲制作成電阻應變�,將其粘貼在彈性體上。測量時,當彈性體受力變形�,應變片的敏感柵也隨同變�,其電阻值發(fā)生相應變�,通過轉換電路轉換為電壓或電流的變化�

  電阻應變效應�

  一段金屬電阻絲長度為L,橫截面為S,電阻率記作ρ,材料的泊松系數(shù)是μ。當這根電阻絲未受外力作用時,它的電阻值為�

  R = ρL/S(Ω)

  其中:L-金屬導線長度 S-金屬導線橫截面積 ρ-電導率(不同材料電阻率不同)

  當金屬導線兩端受拉力F伸長變形。設其伸長ΔL,橫截面積則縮小,它的截面圓半徑減少Δr。金屬電阻絲在變形后,電阻率也會有所改變,這種�(xiàn)象稱為電阻應變效��

  將變形后電導率記作Δ�,對式(2-1)求全微�,即求出電阻絲伸長后,其電阻值改變了多少。我們有�

  ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S ?CΔSρL/S2 �2-2� 用式�2-1)去除式�2-2)得�

  ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L ?C ΔS/S �2-3� 另外,我們知道導線的橫截面積 S =πr2,則 Δs = 2πr*Δr,所以;

  ΔS/S = 2Δr/r �2-4�

  從材料力學我們知道: Δr/r = -μΔL/L �2-5�

  其中,負號表示伸長時,半徑方向是縮小�。μ是表示材料橫向效應泊松系數(shù)。把式(2-4)(2-5)代入(2-3��

  ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =�1 + 2μ(Δ�/ρ�/(ΔL/L))*ΔL/L = K *ΔL/L �2-6�

  其中:K = 1 + 2μ +(Δ�/ρ�/(ΔL/L� (2-7)

  在材料力學中ΔL/L稱作為應�,記作�,用它來表示彈性往往顯得太大,常常把它的百萬分之一作為單位,記作μ��

  這樣,式(2-6)常寫作:

  ΔR/R = Kε �2-8�

  式(2-6))說明了電阻應變片的電阻變化率和電阻絲伸長率之間的關系�

�(fā)展歷�

  電阻應變式傳感器,早在上世紀30年代�,由美國E.Simmons和A.C.Ruge制造出批應變計以后不久,在40年代初(1944年)就發(fā)明了粘貼式電阻應變傳感器。至今已有半個多世紀的發(fā)展歷�。其�,幾乎每間隔10年就出現(xiàn)一次質的飛��

  40�50年代,是傳感器早期發(fā)展階�。當時彈性材料、紙基絲式應變計以及粘結劑均處于�(fā)展研究階�,其性能還不完善。因�,電阻應變式傳感器的準確�、穩(wěn)定性都不能滿足測量技術的要求�

  �50年代,箔式電阻應變計問世后,應變計的溫度特性和粘結劑的力學性能都得到改�,使傳感器的溫度影響及蠕變影響有了明顯抑制,精度提高了約一個數(shù)量級�

  �60年代中期,傳感器進入了測量領�。從60年代末到80年代初的10余年�,由于與傳感器性能密切相關的各項技術所取得的突破性進展,使電阻應變式傳感器獲得了前所未有的高速發(fā)展�

  80年代以后,隨著加工工�、粘貼工藝等的技術進步,使傳感器的準確�、可靠性大大提高,在測量技術領域里得到了廣泛應�,成為應變電測技術中的重要組成部分。現(xiàn)�,傳感器已由單純作為轉換元件而發(fā)展成為多功能、智能化的信息測量元�。特別是微電子和微機械技術發(fā)�,必將給的傳感器�(fā)展帶來更廣闊的空間�

�(yōu)缺點

  電阻應變式傳感器的優(yōu)點:

  精度�,測量范圍廣,壽命長,結構簡�,頻響特性好,能在惡劣條件下工作,易于實�(xiàn)小型�、整體化和品種多樣化��

  電阻應變式傳感器缺點�

  對于大應變有較大的非線性、輸出信號較�,但可采取一定的補償措施。因此它廣泛應用于自動測試和控制技術中�

分類

  1.應變式測力傳感器

  2.應變式壓力傳感器

  3.應變式扭矩傳感器

  4.應變式位移傳感器

  5.應變式加速度傳感�

  6.測溫應變�

應用

  電阻應變式傳感器有兩個方面的應用�

  1.作為敏感元件,直接用于被測試件的應變測量

  2.作為轉換元件,通過彈性元件構成傳感器,用以對任何能轉變成彈性元件應變的其他物理量作間接測量

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